Как жирафы стали жирафами

При упоминании ламарковской теории многие сразу вспоминают длинную шею жирафов. «Жан‑Батист Ламарк» предполагал, что организмы целенаправленно меняются под влиянием обстоятельств, и в качестве примера приводил именно жирафов: по его представлениям поколениями они растягивали шею, чтобы дообъедать крону деревьев, а удлинённые шея и передние ноги передавались потомству.

Отбор вместо упражнений

Сегодня мы понимаем иначе: не упражнения, а естественный отбор отбирал длинношеих особей. Из популяции с разной длиной шеи выживали и оставляли потомство чаще те животные, которым проще было достигать более богатой листвы. Мутации в ДНК создавали этот разброс вариаций — у одних шея была короче, у других длиннее, у третьих — ещё длиннее. Те варианты, которые обеспечивали оптимальную длину шеи, закреплялись в генах, и с тех пор потомки наследовали эти изменения. Возникает естественный вопрос: какие именно мутации привели к такому результату?

Не только шея: комплекс изменений

Двухметровая шея — лишь одна из особенностей жирафов. Им потребовалось усиление сердечно‑сосудистой системы, чтобы качать кровь по длинным шейным сосудам: у жирафов артериальное давление примерно в 2,5 раза выше, чем у человека. Кроме того, их конституция изменилась — скошенный зад, укороченное туловище и значительно удлинённые ноги помогают удерживать равновесие и развивать высокую скорость — до 60 км/ч. Очевидно, что для таких преобразований одной-двух точечных мутаций было бы недостаточно.

Сравнительный анализ геномов

Дуглас Кавенер и его коллеги из Университета штата Пенсильвания совместно с учёными из других центров решили выяснить, чем жирафы генетически отличаются от прочих млекопитающих. Для сравнения они использовали геном окапи — ближайшего эволюционного родственника жирафов, который внешне скорее напоминает зебру, чем длинношекого сородича; кроме того, отдельные гены жирафов и окапи сопоставляли с аналогичными генами нескольких десятков видов — от мыши до коровы.

Что обнаружили учёные

В статье в Nature Communications авторы сообщают, что линии жирафов и окапи разошлись около 11,5 млн лет назад, а не 16 млн, как считали ранее. Около 70 генов у жирафов приобрели специфические модификации, не встречающиеся у других изученных млекопитающих (подчёркиваем: речь идёт о числе генов, а не о количестве мутаций). Большинство из этих генов кодируют белки, регулирующие индивидуальное развитие — прежде всего те, что связаны со скелетом и сердечно‑сосудистой системой; некоторые гены оказывают влияние сразу на обе сферы.

Роль регуляторных генов

Полученные данные укладываются в привычную картину эволюции: сравнительно небольшие изменения в генах‑регуляторах, влияющих на множество «исполнительных» генов, могут перестроить план строения организма в целом. Эти же самые регуляторы присутствуют у других млекопитающих, включая человека — просто у жирафов они функционируют иначе.

Остаётся вопрос причинно‑следственной связи

В целом исследователи нашли ожидаемые ассоциации: для длинной шеи и мощного сердца должны существовать соответствующие генетические изменения, и теперь ясно, где они располагаются. Тем не менее сравнительный геномный анализ сам по себе ещё не доказывает, что конкретная мутация в определённом скелетном гене непосредственно вызвала удлинение шеи.

Эксперименты на мышах как проверка гипотезы

Авторы планируют ввести некоторые жирафовые варианты в геном мыши — если в результате появятся мыши с удлинённой шеей, то для соответствующих изменений в ДНК можно будет с большой уверенностью утверждать причинную роль в формировании длинной шеи у жирафов.